CONFORTO TÉRMICO E POUPANÇA DE ENERGIA

O conforto térmico, embora seja inerente ao ser humano, não é uma exigência facilmente quantificável. Efectivamente, o corpo humano não apresenta capacidade para armazenar calor, sendo que a regulação da temperatura do corpo é realizada pela temperatura da pele e pela temperatura do núcleo do corpo. Para o corpo ter a sensação de conforto térmico é assim necessário que o calor produzido pelo metabolismo seja igual ao calor perdido pelo corpo. [78]

Para avaliar esta exigência recorre-se a uma norma, ISO 7730, que traduz o estado psicológico que expressa satisfação com o ambiente térmico. A classificação de conforto térmico, foi obtida pela verificação das reacções de um elevado número de indivíduos relativamente a temperaturas interiores distintas, isto embora, o corpo humano não detecte temperaturas interiores mas sim sensações por perda de calor.

Através das impressões recolhidas, foi possível criar curvas de desconforto térmico que avaliam, para uma dada temperatura, a percentagem de pessoas insatisfeitas. Esta curva relaciona os parâmetros PMV (Predicted Mean Vote), que avaliam se as condições ambiente estão de acordo com as exigências de conforto (varia de 3, muito quente, a -3, muito frio), e PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied), que mostra a percentagem de pessoas insatisfeitas (figura 5.32).

Fig.5.32 – Curvas de satisfação de conforto térmico [78]

Existem outras sensações, que traduzem desconforto térmico e que são consequência de correntes de ar, assimetria de temperaturas de radiação, assimetrias verticais de radiação e a pavimentos excessivamente quentes ou frios.

As correntes de ar já foram tratadas em exigências anteriores, e as assimetrias por radiação, são consequência dos sistemas de aquecimento ou arrefecimento (lareira, aquecedor, ar condicionado) que emitem calor de uma forma excessiva, lareiras, ou ar excessivamente quente, aquecedores.

O conforto térmico no contacto com os materiais é muito importante, sendo a sensação inicial a mais intensa (choque térmico). As trocas de calor entre materiais e pessoas são avaliadas a partir das características térmicas dos materiais: difusividade térmica e efusividade térmica.

Fig.5.33 – Propriedades térmicas de materiais de construção [63]

5.4.7.2. Isolamento térmico e poupança de energia

O isolamento térmico num edifício tem como função evitar que dois locais com temperaturas distintas tenham grandes trocas de energia por radiação ou convecção, diminuindo o conforto da habitação e a eficiência dos sistemas de aquecimento.

Em Portugal, o primeiro documento a impor requisitos para satisfação das condições de conforto térmico sem gastos excessivos de energia foi o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) [79], que data de 1990, mas que sofreu várias actualizações até aos nossos dias.

Para avaliar a forma como um elemento construtivo permite a troca de energia entre ambientes distintos, foram criados parâmetros indicadores. O mais relevante é o coeficiente de transmissão térmica (U) [W/m2.ºC], que avalia a quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma superfície de área unitária de um elemento por unidade de diferença de temperatura entre os ambientes que ele separa.

Para avaliar este parâmetro é preciso conhecer as resistências térmicas das camadas constituintes. O coeficiente de transmissão, U, é obtido pelo inverso do somatório das resistências das camadas. A resistência de uma camada é conhecida pela razão da sua espessura pela condutibilidade térmica do material que a constitui.

si j se

R

R

R

U









1

Além das resistências das camadas são consideradas ainda resistências consoante a posição dos elementos construtivos, denominadas por resistências térmicas superficiais (Rse e Rsi).

As envolventes são normalmente qualificadas tendo em conta o U que apresentam. A figura 5.34 e o quadro 5.6 apresentam os valores de U máximos que verificavam automaticamente o antigo RCCTE e a respectiva classificação das envolventes pelo coeficiente, podendo ser utilizadas para averiguar o cumprimento desta exigência de uma forma simplificada.

Fig.5.34 – Valores de U máximos e de referência [1]

Quadro 5.6 – Níveis de qualidade da envolvente opaca [78]

Nível de Qualidade Limites de U N1 U ≈ Uref N2 U ≈ 0,75.Uref N3 U ≈ 0,60.Uref N4 U ≈ 0,50.Uref

Os sistemas porticados, ou reticulados, apresentam estruturas mistas. Este facto implica a interrupção dos isolamentos térmicos, o que conduz à existência de resistências térmicas diferentes num mesmo paramento. Nos locais onde o isolamento é interrompido, o coeficiente de transmissão térmica é superior, originando uma descida da temperatura superficial, nesses locais. A este fenómeno chama-se ponte térmica.

Os principais inconvenientes das pontes térmicas são os seguintes:

 Maiores perdas térmicas para o exterior;

 Aumento do risco de condensações superficiais;

 Possibilidade de desenvolvimento de bolores;

 Heterogeneidade de temperaturas.

Na construção tradicional, a existência de pontes térmicas é uma constante, nomeadamente nas ligações entre a estrutura de betão e os paramentos de alvenaria de tijolo. Como é frequente o mau isolamento destes pontos de ligação, existe uma grande perda de calor, e o caso agrava-se no Inverno, pois a temperatura a meio do paramento e nestas singularidades é distinta. Isto origina facilmente condensações, principalmente em compartimentos com muita humidade, e a proliferação de bolores, que acarretam problemas respiratórios.

Outra das principais causas de desconforto térmico é a flutuação de temperatura nos compartimentos. Este fenómeno é regulado pela inércia térmica dos edifícios. A inércia térmica é assim a capacidade que os elementos construtivos apresentam de conservar o calor no seu interior, restituindo-o ao ambiente interior de uma forma progressiva. Descreve a forma como o edifício reage às oscilações do fluxo de calor em torno da sua média diária.

É obtida pela razão entre a massa superficial útil e a área do pavimento. Os edifícios são classificados segundo a sua inércia de acordo com as classes apresentadas no quadro 5.7.

Quadro 5.7 – Classificação da inércia térmica [79]

Classe Inércia térmica Fraca It < 150

Média 150 < It < 400 Forte It < 400

Um edifício com inércia fraca apresenta variações de temperatura incompatíveis com os limites de conforto térmico, para o corpo humano, necessitando de climatização mecânica. Os edifícios com inércia forte apresentam variações de temperatura muito mais ligeiras, durante o dia e durante as estações, havendo um desfasamento dos picos de temperatura interior, relativamente ao exterior.

5.4.7.3. Comparação entre sistemas

Relativamente ao conforto térmico na habitação, ambos os sistemas conseguem cumprir com as exigências de conforto, quando sujeitos a um bom planeamento relativamente a ventilação natural e aos sistemas de climatização mecânicos.

A principal diferença associa-se às propriedades térmicas dos materiais. A madeira apresenta valores de difusividade e efusividade bastantes bons, permitindo um conforto ao toque bastante agradável. Em relação ao isolamento térmico e poupança de energia, os sistemas merecem algumas considerações. A madeira, devido às suas características constituintes, apresenta valores de condutibilidade térmica bastante reduzidos, sendo considerada um bom isolante (condutibilidade seis vezes inferior ao tijolo e quinze vezes inferior ao betão). [3]

Os sistemas prefabricados em estudo têm na sua generalidade, como já foi referido, origem em países com climas bastante mais rígidos que o clima nacional. Este facto, explica a utilização de painéis de isolamento no interior das paredes exteriores com grandes espessuras, o que origina valores do coeficiente de transmissão térmica (U) muito reduzidos. O caso mais evidente é da Lapponia House cujo valor de U mais elevado é de 0.34 W/m2.ºC.

O coeficiente U da solução das paredes exteriores em alvenaria apresentadas, com parede dupla de 15+11 e espaço de ar com 8 cm sendo 4 cm em poliestireno extrudido, é já realmente bom, para o nosso clima. O valor obtido para essa solução tradicional é de 0,47 W/m2.ºC.

Estes parâmetros mostram o excepcional comportamento térmico das novas soluções prefabricadas sendo até aconselhável a escolha de uma solução que não seja rígida, adaptando o isolamento necessário ao clima existente, para redução de custos.

Em qualquer dos casos, o comportamento destes sistemas permite a obtenção do nível mais elevado de qualidade, N4.

A problemática das pontes térmicas, nos sistemas prefabricados depende bastante da tipologia de construção. Em sistemas de painéis de grandes dimensões, não existem pontes térmicas, sendo apenas necessário acautelar as zonas de ligações, pois o metal apresenta condutibilidade diferente da madeira. Nos sistemas semelhantes aos porticados, pode existir a utilização de materiais ligeiramente distintos, não sendo no entanto muito provável a manifestação destes fenómenos.

Relativamente aos sistemas tradicionais, os sistemas prefabricados em madeira apresentam assim um comportamento significativamente melhor, no que respeita às pontes térmicas.

O mesmo não se verifica no que respeita à inércia térmica dos edifícios. A inércia térmica das soluções em madeira, embora variável pois depende da densidade das madeiras utilizadas, é significativamente inferior à dos sistemas tradicionais. Embora exista um espectro de massas volúmicas maiores, as mais utilizadas podem-se situar num intervalo de 400 a 900 kg/m3.

Quadro 5.8 – Massa volúmica dos materiais [6]

Material Massa volúmica Ρ (kg/m3) Madeira resinosa 650 Tijolo furado 1200 Betão armado 2500 Aço 7850 Alumínio 2700

Esta característica da madeira é relevante em dias de muito calor no Verão, sendo aconselhável a introdução de elementos que funcionem como palas ou barreiras ao sol principalmente nas direcções mais críticas. Além destes elementos é necessária a introdução de materiais que façam aumentar a massa específica e consequentemente a inércia térmica do sistema.